[논문 리뷰] Star formation history of CMa R1: I. Wide-field X-ray study of the young stellar population

J. Gregorio‐Hetem, T. Montmerle외 4명|arXiv (Cornell University)|2009. 09. 15.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 46인용 수 12

한 줄 요약

이 연구는 넓은 분야의 ROSAT X선 자료와 VRI 광도 측정을 이용해 CMa R1 영역의 별 형성 역사를 재구성하며, 기존에 발견되지 않았던 오래된 별 집단(GU CMa)을 밝혀내었다. 이 집단은 약 60개의 성체를 포함하고 있으며, 질량은 0.5 M☉까지 낮아지고, 나이는 최대 10 Myr에 이르며, 분자의 구름에서 멀리 떨어져 있어 침착한 별 형성의 흔적을 보이고 있다. 반면 오늘날 활동 중인 더 어린 Z CMa 별 집단은 별개의 것으로 보이며, 성운의 기원과 관련이 없을 가능성이 높다.

ABSTRACT

The CMa R1 star-forming region contains several compact clusters as well as many young early-B stars. It is associated with a well-known bright rimmed nebula, the nature of which is unclear (fossil HII region or supernova remnant). To help elucidate the nature of the nebula, our goal was to reconstruct the star-formation history of the CMa R1 region, including the previously unknown older, fainter low-mass stellar population, using X-rays. We analyzed images obtained with the ROSAT satellite, covering ~5 sq. deg. Complementary VRI photometry was performed with the Gemini South telescope. Colour-magnitude and colour-colour diagrams were used in conjunction with pre-main sequence evolutionary tracks to derive the masses and ages of the X-ray sources. The ROSAT images show two distinct clusters. One is associated with the known optical clusters near Z CMa, to which ~40 members are added. The other, which we name the "GU CMa" cluster, is new, and contains ~60 members. The ROSAT sources are young stars with masses down to M_star ~0.5 M_sun, and ages up to 10 Myr. The mass functions of the two clusters are similar, but the GU CMa cluster is older than the cluster around Z CMa by at least a few Myr. Also, the GU CMa cluster is away from any molecular cloud, implying that star formation must have ceased; on the contrary (as already known), star formation is very active in the Z CMa region.

연구 동기 및 목표

• 기존에 관측되지 않았던 저질량, 오래된 항성 집단의 별 형성 역사를 재구성한다.
• 빛이 강한 테두리가 있는 성운 Sh2-296와 관련된 젊은 항성 집단의 성격과 나이를 규명한다.
• 성운(Sh2-296)과 주변 별 집단 간의 관계를 명확히 하며, 이 성운이 고립된 HII 영역 또는 초신성 잔해로 기원했는지 확인한다.
• X선 및 광도 자료를 바탕으로 지역 내 별 형성 활동이 현재 진행 중인지 여부를 평가한다.
• 최근에 발견된 GU CMa 별 집단과 주변 분자 구름 및 확산 X선 방출 간의 연관성을 조사한다.

제안 방법

• 약 5 제곱도의 CMa R1 영역를 커버하는 암시적 ROSAT 위치 감도 비례 카운터(PSPC) X선 자료를 분석하였다.
• Gemini 남쪽 망원경을 이용해 X선 자료를 보완하고 항성 특성을 유도하기 위해 VRI 광도 측정을 수행하였다.
• 색상-등급도 및 색상-색상도를 구성하여 주계열 전 항성의 식별 및 질량과 나이 추정을 하였다.
• 관측된 X선 소스를 이론적 주계열 전 항성 진화 궤적과 비교하여 항성 나이와 질량 함수를 추론하였다.
• IRAS 100 μm-dust 지도와 12CO/13CO 분자선 조사 자료를 이용해 항성 분포와 간성간 매질의 구조를 연관지어 분석하였다.
• GU CMa 별 집단에서 원반 주변의 근적외선 과잉을 통해 원반의 바람에 의한 분해 여부를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CMa R1 영역의 별 형성 역사는 어떻게 되며, 특히 광학 조사에서 보이지 않는 저질량 항성에 대해선 어떻게 되는가?
• RQ2 관측된 두 별 집단(Z CMa 및 GU CMa)은 Sh2-296 성운의 기원과 관련이 있는가?
• RQ3 GU CMa 별 집단의 별 형성 활동은 아직 진행 중인가, 아니면 주변 분자 물질이 부족하여 멈춘 것인가?
• RQ4 GU CMa 별 집단과 Z CMa 별 집단 사이의 나이 차이는 얼마이며, 이는 별 형성 촉진 메커니즘에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 거대 항성의 항성 바람이 GU CMa 별 집단의 원반을 분해시켰을 수 있으며, 이는 관측된 근적외선 과잉 부족과 일치하는가?

주요 결과

• ROSAT 자료는 기존에 발견되지 않았던 새로운 별 집단, 즉 GU CMa 별 집단을 밝혀내었으며, 이 집단은 약 60명의 성체를 포함하고 있으며, 농후한 분자 구름에서 멀리 떨어져 있다.
• GU CMa 별 집단은 Z CMa 별 집단보다 적어도 몇 백만 년 이상 오래되었으며, 항성 나이는 최대 10 Myr에 이르고 질량은 0.5 M☉까지 낮아진다.
• GU CMa 별 집단의 질량 함수는 Z CMa 별 집단과 유사하여, 서로 다른 나이와 위치에도 불구하고 유사한 초기 질량 함수를 나타낸다.
• GU CMa 별 집단 주변에 분자 물질이 없는 것은 별 형성이 이미 종료되었음을 시사하며, 이는 Z CMa 지역의 지속적인 활동과 대비된다.
• GU CMa 별 집단은 근적외선 과잉을 보이는 젊은 항성의 비율이 매우 낮아, 항성 바람이 원반을 분해시켰을 가능성이 있으며, 이는 나이가 오래된 것과 일치한다.
• Sh2-296 성운은 GU CMa 별 집단과 직접적인 관련이 없으며, 이 성운을 형성한 별 형성 시기는 성운 자체보다 수백만 년 전에 이미 끝난 것으로 보인다.